Enzymatische Verzuckerung von Stärke. Getreidemaische mit Enzymen

Sogar Anfänger verstehen, dass Kohlenhydrate benötigt werden, um zu Hause Alkohol herzustellen. Idealerweise Einfachzucker: Saccharose, Glucose oder Fructose. In Getreidekulturen sind Kohlenhydrate in ausreichender Menge vorhanden, jedoch in Form von Stärke. Jedes Stärkemolekül besteht wiederum aus Glukosefragmenten. Wenn Getreide als Rohstoff verwendet wird, wird die darin enthaltene Stärke vor der Maischebereitung verzuckert: in Glukosemoleküle zerlegt, erst dann wird der Fermentationsprozess möglich. Die Verzuckerung von Stärke in Getreide kann durch das Keimen einiger Körner zur Herstellung von Malz erreicht werden. Bei der Keimung werden Enzyme gebildet, die Stärke in Einfachzucker spalten.

Die Verwendung von Getreide (Malz) zur Maischezubereitung verbessert das Endgetränk deutlich. Getreidemondschein ist weicher als normaler Zuckermondschein.

Malz kann durch Enzyme Amylossubtilin und Glucavamorin ersetzt werden. Erstere hat die Aufgabe, Stärkemoleküle in kleinere Fragmente zu zerlegen, letztere ist für die Verarbeitung dieser Fragmente zu Einfachzuckern verantwortlich.

Das Rezept für Kaltmaische mit Enzymen ist viel einfacher als die Malztechnologie und diese Methode ist kostengünstiger.

Sie müssen Folgendes vorbereiten:

3 kg beliebige Rohstoffe (Getreide, Stärke, Mehl usw.);
10 Liter Wasser bei Raumtemperatur;
Jeweils 12 g Amilosubtilin und Glucavamorin;
75 g frische Hefe.

Der Gärbehälter muss unter Berücksichtigung möglicher Schaumbildung groß sein. Mindestens ein Drittel sollte leer bleiben.

Rezept für Enzymbrei

Maische zubereiten:

Das Wasser zum Kochen bringen, Mehl (Getreide) in kleinen Portionen unter ständigem Rühren hinzufügen und den Herd ausschalten.
Wenn die Maische auf eine Temperatur von 80 °C abgekühlt ist, Enzym A hinzufügen und gründlich umrühren.
Auf eine Temperatur von 65 Grad abkühlen lassen.
Bei einer Maischetemperatur von 65°C Enzym G zugeben und gründlich verrühren.
Decken Sie die Pfanne mit einem Deckel ab und lassen Sie es 3-4 Stunden lang stehen, damit die Stärke verzuckert.
Dann gießen Sie die zimmerwarme Maische in einen Gärbehälter, fügen aktivierte Hefe hinzu, schließen den Deckel, installieren einen Wasserverschluss und stellen den Behälter an einen warmen, dunklen Ort.
Die ungefähre Fermentationszeit beträgt 7-10 Tage.

Enzyme provozieren einen schnellen Beginn der Fermentation, buchstäblich nach 1-2 Stunden werden Blasen sichtbar. Die gesamte Fermentationsdauer hängt von den ausgewählten Rohstoffen ab. Sie kann zwischen 1 und 3 Wochen liegen. Bei der Verwendung eines enzymbasierten Maischerezepts zu Hause ist es wichtig, die Bereitschaft der Maische rechtzeitig zu überwachen, um ein Säuern zu vermeiden. Wenn sich auf der Maische ein dünner Film bildet, der mit bloßem Auge sichtbar ist, muss dringend mit der Destillation begonnen werden. Am besten destilliert man die Maische zweimal.

Vor der Destillation empfiehlt es sich, die Maische aufzulockern. Dies kann mit Bentonit geschehen oder einfach einen Tag lang in der Kälte stehen gelassen werden.

Bei der Herstellung von Maische zur Destillation ist darauf zu achten, dass die Rohstoffe ausreichend Zucker enthalten. Bei Fruchtrohstoffen gibt es keine Probleme: In diesem Fall enthalten sie bereits relativ viel Fructose und Glucose, die von Bakterien leicht zersetzt werden. Bei der Verwendung von Getreide als Rohstoff sieht die Situation jedoch etwas anders aus.

Künstliche Enzyme werden in Geschäften verkauft und können einfach zu Getreide hinzugefügt werden, um den Fermentationsprozess zu starten. Auf diesen Prozess gehen wir in diesem Artikel jedoch nicht ein.

Natürliche Enzyme werden durch einen Prozess namens „Malzverzuckerung“ gewonnen. Das bedeutet, dass den Körnern heißes Malz zugesetzt wird, das bereits die notwendigen Enzyme enthält. Das heißt, dem Getreide wird Malz (gekeimtes Getreide) zugesetzt, wodurch der Fermentationsprozess schneller beginnen kann. Je größer der Massenanteil an Malz ist, desto schneller verläuft die Gärung.

Es wird angenommen, dass eine gute Lösung darin besteht, Getreide zu verwenden, beispielsweise Weizenrohstoffe und Gerstenmalz oder Haferkörner und Weizenmalz. Wenn Sie jedoch die Technologie befolgen, können Sie gute Ergebnisse erzielen, wenn Sie Rohstoffe und Malz derselben Kultur verwenden.

Vielleicht einfach etwas Zucker hinzufügen?

Natürlich können Sie Ihrem Brei auch einfach Zucker hinzufügen; Die Praxis zeigt jedoch, dass die Herstellung von Maische aus Getreide einfach wirtschaftlicher ist, wenn man Zugang zu Getreide hat. Darüber hinaus hat das Destillat, das aus einem einfachen Starter wie „Wasser + Hefe + Zucker“ gewonnen wird, keinen Geschmack, ganz zu schweigen von einem recht hohen Preis.

Getreide kann den Ausgangszuckergehalt auf das 7- bis 8-fache des Ausgangszuckergehalts erhöhen, wenn die sogenannte Heißverzuckerung mit Malz durchgeführt wird.

Wie führt man eine Heißverzuckerung mit Malz durch?

Zunächst ist es notwendig, die Rohstoffe vorzubereiten. Dazu müssen Sie das Getreide, aus dem der Brei hergestellt werden soll, nehmen, mit Wasser auffüllen (für 1 Kilogramm Getreide benötigen Sie 5 Liter Wasser) und es dann auf schwache Hitze stellen, bis es sich langsam erwärmt. In diesem Fall muss das Getreide im Wasser ständig gemischt werden, um eine möglichst gleichmäßige Zusammensetzung der resultierenden Mischung zu erreichen. Es wird nicht empfohlen, zu kleines Geschirr zu verwenden: Der Behälter, in dem dieser Vorgang stattfindet, sollte nicht mehr als ¾ seines Volumens gefüllt sein.

Wenn die Temperatur der Maische auf 60–65 Grad ansteigt, stoppen Sie das Erhitzen und halten Sie die Temperatur mindestens 10 Minuten lang in diesem Bereich. Danach kann die Temperatur stark erhöht werden und das Getreide buchstäblich zu kochen beginnen (Mehl kocht weniger, Getreide länger). In der Regel dauert das Kochen mindestens anderthalb Stunden, wodurch der Brei wie ein dicker Brei wird. Beim Garen der Maische muss ständig umgerührt werden, um ein Anbrennen zu vermeiden.

Nach dem Kochen, wenn die fertige Maische zu Brei wird, muss die Maische erneut auf 60 Grad abgekühlt werden und dann zerkleinertes Malz hinzugefügt werden. Das Verhältnis ist ungefähr wie folgt: Für ein Kilogramm fertige Maische benötigt man etwa 180-200 Gramm Malz. Nach der Malzzugabe muss der Mischvorgang fortgesetzt werden. Diese Etappe dauert noch etwa eine halbe Stunde.

Anschließend kann die Maische auf 25 Grad abgekühlt werden und ist dann für die Zugabe von Hefe bereit. Es ist zu bedenken, dass hohe Temperaturen für die Hefe tödlich sein können und daher erst hinzugefügt werden sollten, nachdem die Maische abgekühlt ist. Die optimale Temperatur liegt bei 23-32 Grad Celsius. Für ein Kilogramm Rohstoff reichen etwa 25 Gramm Presshefe oder 5 Gramm Trockenhefe.

Die Maische ist innerhalb einer Woche nach Installation der Wassersperre fertig.

Zeitintervall zwischen Verzuckerung und Einbau einer Wassersperre

Es ist gesondert zu erwähnen, dass der Fermentationsprozess nicht zu sehr verzögert werden darf und es besser ist, ihn so kurz wie möglich am Ende der Verzuckerung zu beginnen. Das heißt, zwischen den Phasen „Verzuckerung“ und „Hefe hinzufügen“ darf keine lange Pause eingelegt werden, sonst wird einfach alles sauer. Es empfiehlt sich, am Tag der Verzuckerung Hefe hinzuzufügen.

ETHANOL-HERSTELLUNG

Der weltweite Ethanolmarkt beträgt etwa 4 Milliarden Dal (Dekaliter absoluter Alkohol) pro Jahr. Spitzenreiter bei der Ethanolproduktion sind die USA, Brasilien und China. In den USA gibt es 97 Anlagen zur Herstellung von Ethanol aus Mais (35 weitere Anlagen sind im Bau) mit einer Gesamtkapazität von 1,5 Milliarden Dekalitern pro Jahr.

Die Hauptbereiche des Einsatzes von Ethanol in der weltweiten Praxis:

− 60 % – Zusatz zum Kraftstoff;

− 25 % − chemische Industrie;

− 15 % – Lebensmittelindustrie (ihr Anteil ist rückläufig).

Autokraftstoff auf Ethanolbasis enthält 10 % Ethanol (E-10-Kraftstoff) oder 85 % Ethanol (E 85). Bei einem Ölpreis von 60–70 US-Dollar pro Barrel wird Bioethanol zu einem wettbewerbsfähigen Kraftstoff. Durch die Zugabe von Ethanol zum Benzin kann auf den Zusatz von Tetraethylblei zum Kraftstoff verzichtet werden, was zu einer Verringerung der Abgastoxizität und des Kraftstoffverbrauchs führt.

In den USA wird in großem Umfang an der Herstellung von Bioethanol aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen (aus Maisstängeln, Zuckerrohr etc.) geforscht.

Unter industriellen Bedingungen wird Ethanol durch Hydratisierung von Ethylen in Gegenwart eines Katalysators (H 3 PO 4 auf Kieselgel) aus Hydrolysaten pflanzlicher Rohstoffe (Holz, Maisstängel, Zuckerrohr) sowie aus stärkehaltigen Rohstoffen hergestellt Zutaten (Weizen, Roggen, Triticale, Kartoffeln), Melasse, Milchmolke, Topinambur. Die durchschnittliche Ausbeute an 95,5 % Ethylalkohol aus 1 Tonne verschiedener Arten von Rohstoffen ist in Tabelle 2.1 dargestellt.

Tabelle 2.1

Ethanolausbeute aus verschiedenen Rohstoffen

Ende der Tabelle 2.1

In Brennereien in der Republik Belarus (es gibt etwa 70 Brennereien mit einer Gesamtkapazität von mehr als 9 Millionen Dekalitern pro Jahr) werden stärkehaltige Rohstoffe, hauptsächlich Getreidekörner, zur Herstellung von Ethanol verwendet. Der Stärkegehalt in verschiedenen Getreidearten beträgt (in %): Weizen – 48–57; Roggen – 46–53; Gerste – 43–55; Hafer – 34–40; Hirse – 42–60; Mais – 61–70. Das Getreide enthält außerdem (durchschnittlich) Zucker ~ 3 %; Ballaststoffe ~ 6 %; Pentosane und Pektinstoffe ~ 9 %; stickstoffhaltige (Eiweiß-)Stoffe ~ 11 %, Fett ~ 3 %.

Ethanolproduzenten

In der mikrobiologischen Synthese sind die klassischen Produzenten von Ethanol Hefen – Saccharomycetes und Schizosaccharomycetes. Hefe wird am häufigsten verwendet Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.

Saccharomyceten haben runde Zellen mit einer Größe von 10–15 Mikrometern und vermehren sich durch Knospung. Schizosaccharomyceten haben große stäbchenförmige Zellen mit einem Durchmesser von 4–5 Mikrometern und einer Länge von 18–20 Mikrometern; sie vermehren sich durch Teilung. Beide Hefen vergären Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose und Maltose gut; Galactose vergären sie schwieriger und Pentosezucker (Xylose, Arabinose) nicht.

Die theoretische Ausbeute an Ethanol aus 100 kg fermentierter Glucose beträgt 51,14 kg oder 64,80 l (bei Bildung von 48,86 kg CO 2). In der Praxis liegt die Alkoholausbeute aufgrund des Verbrauchs eines Teils des Substrats für die Vermehrung und des Hefewachstums und der Bildung von Nebenprodukten bei 82–92 % der Theorie.

Die Ethanolsynthese in einer Hefezelle erfolgt nach folgendem Schema:

Nebenprodukte der alkoholischen Gärung sind Glycerin, höhere (Fusel-)Alkohole, organische Säuren (Essigsäure, Brenztraubensäure, Milchsäure, Bernsteinsäure) und Aldehyde. Bei der alkoholischen Gärung wird Zucker (Glukose) in folgenden Mengen für die Bildung verschiedener Stoffe aufgewendet: Ethanol – 46–47 %, Kohlendioxid – 44–46 %, Hefebiomasse – 1,8–4,0 %, Glycerin – 3–4 % , höhere Alkohole – 0,3–0,7 %, organische Säuren – 0,2–1,0 %, Aldehyde – 0,1–0,2 %. Durch die wiederholte Rückführung der Hefe in die Gärung wird der Zuckerverbrauch für die Biomassebildung reduziert und die Intensität der Gärung sogar leicht erhöht.

Die Bildung von Glycerin während der alkoholischen Gärung erklärt sich aus der Tatsache, dass während der Induktionsperiode (vor der Bildung von Acetaldehyd) eine Dismutationsreaktion zwischen zwei Molekülen Phosphoglycerinaldehyd unter Einwirkung des Enzyms Aldehydmutase unter Beteiligung eines Wassermoleküls stattfindet. Dabei wird ein Molekül Phosphoglycerinaldehyd zu Phosphoglycerin reduziert und das andere zu 3-Phosphoglycerinsäure oxidiert. Phosphoglycerin nimmt an weiteren Reaktionen nicht teil und ist nach Entfernung der Phosphorsäure ein Nebenprodukt der alkoholischen Gärung. 3-Phosphoglycerinsäure unterliegt entlang des EMT-Weges Umwandlungen unter Bildung von Acetaldehyd. Nach dem Auftreten von Acetaldehyd beginnt eine stationäre Fermentationsphase, in der die Oxidation von Phosphoglycerinaldehyd zu Phosphoglycerinsäure auf komplexere Weise unter Zugabe von anorganischem Phosphat abläuft (EMP-Weg). Dabei entsteht bei der Gärung neben Ethanol immer auch eine gewisse Menge Glycerin.

Wenn Acetaldehyd mit Bisulfit gebunden wird, ist der Fermentationsprozess auf die Bildung von Glycerin ausgerichtet:

C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CHO + CO 2 + CH 2 OH-CHON-CH 2 OH.

In einer alkalischen Umgebung geht ein Acetaldehydmolekül eine Redoxreaktion mit einem zweiten Molekül ein, wobei Ethanol und Essigsäure entstehen. Gleichzeitig reichert sich Glycerin an. Der Gesamtprozess wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

2C 6 H 12 O 6 + H 2 O ® ® 2CH 2 OH-CHON-CH 2 OH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + 2CO 2.

Diese Techniken werden zur industriellen Herstellung von Glycerin eingesetzt.

Höhere Alkohole entstehen aus Aminosäuren (in geringerem Maße aus Ketosäuren), die im Fermentationsmedium enthalten sind, als Ergebnis aufeinanderfolgender Reaktionen der Desaminierung von Aminosäuren, der Decarboxylierung der resultierenden Ketosäuren und der Reduktion von Aldehyden.

Von den in der Maische vorhandenen höheren Alkoholen sind: Propyl (aus Threonin gebildet), Isobutyl (aus Valin), Amyl (aus Isoleucin) und Isoamyl (aus Leucin).

Derzeit wird intensiv nach nicht-traditionellen ethanolproduzierenden Mikroorganismen gesucht, die in der Lage sind, ein breites Spektrum an Substraten mit hoher Ethanolproduktivität und erhöhter Beständigkeit gegenüber Ethanol und hohen Temperaturen zu fermentieren. Von Interesse sind Ethanol-synthetisierende Bakterien. Zum Beispiel Bakterien Zymomonas mobilis Sie unterscheiden sich von Hefen durch ihren intensiven Stoffwechsel: Sie haben eine hohe spezifische Umwandlungsrate von Glucose in Ethanol, liefern eine höhere Ethanolausbeute (bis zu 95 % der theoretisch möglichen) und sind alkoholtoleranter. Diese Bakterien reagieren jedoch empfindlich auf das Vorhandensein von Inhibitoren (Furfural, Phenole) in Nährmedien und erfordern, dass der Fermentationsprozess unter aseptischen Bedingungen durchgeführt wird.

Thermophile Bakterien Clostridium thermocellum(optimale Wachstumstemperatur 68°C) sind in der Lage, Zellulose aus pflanzlichen Rohstoffen direkt in Ethanol umzuwandeln, allerdings müssen die Rohstoffe von Lignin befreit werden. Durch die direkte Umwandlung pflanzlicher Rohstoffe ist es bislang nicht möglich, eine hohe Alkoholausbeute zu erzielen.

Hefestämme, die Pentosezucker vergären können ( Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). Die Ethanolausbeute bei der Fermentation von 100 kg Xylose beträgt 35-47 Liter.

In der heimischen Praxis wird zur Herstellung von Ethanol aus stärkehaltigen Rohstoffen Hefe verwendet Saccharomyces cerevisiae, mit einer optimalen Gärtemperatur von 29–30°C.

Enzymatische Verzuckerung von Stärke

Herkömmliche Ethanolhersteller sind nicht in der Lage, Polysaccharide abzubauen. Daher müssen bei der Herstellung von Würze stärkehaltige Rohstoffe gekocht und verzuckert werden. Die Stärke der meisten Pflanzen enthält 20–25 % Amylose und 80–75 % Amylopektin. In Pflanzenzellen liegt Stärke in Form von Körnern (Körnchen) vor, deren Größe zwischen 1 und 120 Mikrometern liegt (Kartoffelstärke hat Körnchen mit einer Größe von 40–50 Mikrometern, Getreidestärkekörnchen mit einer Größe von 10–15 Mikrometern). Stärke, Amylose und Amylopektin sind in kaltem Wasser, Alkohol und Ether unlöslich. Amylose löst sich leicht in warmem Wasser, Amylopektin – wenn es unter Druck erhitzt wird. Die Netzwerkstruktur der Amylopektinmoleküle führt zum Quellen der Stärkekörner, ohne dass sie sich auflösen (sekundäre Bindungen werden durch Hydratation geschwächt). Ab einer bestimmten Temperatur lösen sich die Granulatkörner, die Bindungen zwischen einzelnen Strukturelementen werden aufgebrochen und die Integrität der Granulatkörner wird gestört. Gleichzeitig steigt die Viskosität der Lösung stark an – es kommt zur Stärkeverkleisterung. Die Paste zeichnet sich durch eine zufällige Anordnung der Moleküle und den Verlust der Kristallstruktur aus. Bei einer Temperatur von 120–130 °C wird die Paste leicht beweglich. Die vollständigste Auflösung von Amylopektin erfolgt in Weizenstärke bei 136–141 °C und in Kartoffelstärke bei 132 °C.

Beim Kochen von Getreide oder Kartoffeln gelöste Stärke wird durch amylolytische Enzyme von Getreidemalz oder Kulturen von Mikroorganismen, hauptsächlich Fadenpilzen und Bakterien, hydrolysiert (verzuckert). Von den Pflanzenmaterialien ist gekeimtes Getreidekorn, genannt Malz, das reichste an amylolytischen Enzymen. Derzeit verwendet die Alkoholindustrie in großem Umfang Enzympräparate, die auf Kulturen von Fadenpilzen (oder Bakterien dieser Gattung) basieren Bazillus), die gegenüber Malz eine Reihe von Vorteilen haben. Kulturen von Fadenpilzen werden auf Weizenkleie oder Maismehl gezüchtet, während Malz hochwertiges Getreide erfordert. Mit Malz werden fremde Mikroorganismen in großen Mengen in die Würze eingebracht, was sich negativ auf die Ethanolausbeute auswirkt. Tiefenkulturen von Pilzen werden unter sterilen Bedingungen gezüchtet; sie verunreinigen die Würze nicht mit fremden Mikroorganismen. Der Anbau einer Oberflächenpilzkultur erfolgt viel schneller (1,5–2,0 Tage) als die Getreidekeimung (9–10 Tage). Pilze bilden einen Komplex von Enzymen, die Stärke tiefer hydrolysieren und Hemizellulosen in Monosaccharide abbauen, was die Ausbeute an Ethanol aus Rohstoffen erhöht.

An der Verzuckerung stärkehaltiger Rohstoffe sind verschiedene Enzyme beteiligt. Amylasen sind von größter Produktionsbedeutung. α- und β-Amylasen katalysieren nur die Spaltung von α-1,4-glucosidischen Bindungen. Unter der Wirkung von α-Amylasen werden Bindungen zufällig, jedoch überwiegend innerhalb von Ketten, aufgebrochen. Dadurch werden hauptsächlich Dextrine, eine geringe Menge Maltose und Oligosaccharide gebildet. Aufgrund der Art ihrer Wirkung wird α-Amylase als endogene oder dextrinogene Amylase bezeichnet.

Die Wirkung der β-Amylase richtet sich auf die terminalen (äußeren) Bindungen in der Stärke, und nacheinander werden, ausgehend von den nichtreduzierenden Enden der Ketten, zwei Glucosereste (Maltose) abgespalten. β-Amylase kann die Verzweigungsstellen im Stärkemakromolekül nicht umgehen, sodass die Hydrolyse an der vorletzten α-1,4-glucosidischen Bindung stoppt und während der Hydrolyse von Amylopektin Dextrine mit hohem Molekulargewicht zurückbleiben. Amylose wird durch β-Amylase fast vollständig in Maltose, Amylopektin umgewandelt – nur 50–55 %.

Durch die kombinierte Wirkung von α- und β-Amylasen entsteht eine Mischung von Sacchariden, bestehend aus Maltose, einer kleinen Menge Glucose und Dextrinen mit niedrigem Molekulargewicht, in denen alle α-1,6-glucosidischen Bindungen der Stärke enthalten sind sind konzentriert.

Bakterien und mikroskopisch kleinen Pilzen fehlt die β-Amylase, sie enthalten jedoch aktive α-Amylase, die sich in der Zusammensetzung der Aminosäuren im Protein und der Spezifität ihrer Wirkung unterscheidet. Insbesondere bei der Katalyse durch α-Amylase mikroskopisch kleiner Pilze werden große Mengen an Glucose und Maltose gebildet. Unter den bakteriellen Amylasen gibt es sowohl saccharogene als auch dextrinogene. Erstere hydrolysieren Stärke um 60 % oder mehr, letztere um 30–40 %. α-Amylasen mikrobiellen Ursprungs greifen wie die α- und β-Amylasen des Malzes keine α-1,6-glucosidischen Bindungen an.

Mikroskopisch kleine Pilze enthalten Glucoamylase, die die Spaltung von α-1,4- und α-1,6-glucosidischen Bindungen in Stärke katalysiert. Während der Katalyse durch dieses Enzym werden Glukosereste nacheinander von den nichtreduzierenden Enden von Amylose und Amylopektin abgespalten. An der Stelle, an der die Bindungen aufgebrochen werden, lagert sich ein Wassermolekül an, so dass die theoretische Ausbeute an Glucose während des Hydrolyseprozesses 111,11 Gew.-% der Stärke beträgt.

Es gibt drei mögliche Arten der Wechselwirkung zwischen einem Enzym und einem Substrat (das eine große Anzahl von Ketten enthält): mehrkettig, einkettig und kombiniert.

Bei der Mehrkettenmethode greift das Enzymmolekül zufällig eine der Polysaccharidketten an, spaltet ein Glied davon ab und greift dann auch zufällig die folgenden Ketten an, möglicherweise auch die zuvor angegriffene. Somit findet während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes nur ein katalytischer Akt statt.

Bei der Einzelkettenmethode spaltet das Enzymmolekül, das in zufälliger Reihenfolge eine der Polysaccharidketten angreift, nacheinander Glieder davon ab, bis die Kette vollständig gespalten ist. Während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes werden alle für das Enzym zugänglichen Bindungen hydrolysiert.

Die kombinierte Methode oder die Methode des Mehrfachangriffs besteht darin, dass während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes mehrere Bindungen hydrolysiert werden. In diesem Fall wird das Enzym nach der Spaltung einer Bindung nicht abgestoßen, sondern bleibt erhalten. Der Angriff erfolgt mit abwechselnden Single- und Multi-Chain-Methoden.

Studien haben gezeigt, dass α- und β-Amylasen die Hydrolyse durch eine Mehrfachangriffsmethode durchführen (die Mehrkettenmethode ist charakteristisch für bakterielle α-Amylase).

In heimischen Brennereien werden zur Verzuckerung der Stärke rohes (ungetrocknetes) Malz in Form von Malzmilch, Enzympräparate (Glucavamorin, Amylorizin, Amylossubtilin) unterschiedlicher Aktivität oder eine Mischung aus Malzmilch und einem Enzympräparat verwendet rohes Material.

Die Technologie zur Herstellung von Malz umfasst die folgenden Hauptprozesse: Einweichen der Rohstoffe, um einen Feuchtigkeitsgehalt von 38–40 % zu erreichen; Keimung des Getreides für 10 Tage in einer pneumatischen Mälzerei in einer 0,5–0,8 m dicken Schicht; Mahlen von Malz in Scheiben- oder Hammerbrechern; Desinfektion von Malz mit Formaldehyd- oder Bleichlösung und Zubereitung von Malzmilch. Malzmilch wird durch Mischen von geschrotetem Malz mit Wasser (4–5 Liter Wasser pro 1 kg Malz) gewonnen.

Aus verschiedenen Getreidekörnern hergestelltes Malz enthält unterschiedliche Mengen jedes amylolytischen Enzyms. Beispielsweise hat Gerstenmalz eine hohe α- und β-amylolytische Aktivität und Hirsemalz eine starke dextrinolitische Aktivität. Am häufigsten wird eine Mischung aus drei Malzsorten hergestellt: Gerste (50 %), Hirse (25 %) und Hafer (25 %). Es ist verboten, Malz aus einer Ernte für die Herstellung von Alkohol aus derselben Ernte zu verwenden.

Sie können mit Getreide ohne zusätzlichen Aufwand und Energie sowie ohne Temperaturpausen kochen. Dazu müssen Sie lediglich Enzyme einsetzen. Auf Enzymen basierendes Getreide, dessen Kaltverzuckerung schnell und effizient erfolgt, verwandelt sich in ein Getreide mit gutem Geschmack und Weichheit.

Merkmale der Technik

Die Heißverzuckerung erfolgt durch die schrittweise Zubereitung von Malz und Würze, deren Mischen bei einer bestimmten Temperatur und Aufgießen der Flüssigkeit. Diese Technik ist arbeitsintensiv, daher verwenden die meisten Brauer aus Weizen oder anderen Getreidesorten ein Kaltverzuckerungsverfahren. Es hat eine Reihe unbestreitbarer Vorteile:

der Vorgang ist recht einfach;
hohe Temperaturen sind nicht erforderlich;
Vor Beginn der Gärung ist keine Filtration erforderlich.
Bakterien vermehren sich in einer solchen Umgebung aufgrund der dabei entstehenden Kohlendioxidproduktion weniger oder gar nicht;
durch direktes Erhitzen destilliert;
Die Technik eignet sich für Brenneranfänger, die über wenig Ausrüstung und praktisch keine Erfahrung verfügen.

Zu den Nachteilen zählen jedoch folgende Merkmale der Technik:

Für die Gärung wird eine längere Zeit benötigt – das sind ungefähr 20-25 Tage, in einigen Fällen bis zu 27. Aber gleichzeitig tut die Person, die den Mondschein braut, nichts, er ist frei von ständigem Rühren oder der Überwachung des Rohzustands Materialien.
Wenn Sie die Technologie nicht befolgen, wird es am Ende des Prozesses sauer. Daher sind eine schrittweise Zubereitung und die Aufmerksamkeit des Brenners für die Bedingungen wichtig.

Um auf diese Weise zunächst Maische und dann Mondschein zuzubereiten, benötigen Sie folgende Zutaten und Geräte:

Stellen Sie sicher, dass Sie die folgenden Produkte haben:

Rohes Material. Dieser Artikel ist voller Abwechslung. Als Rohstoffe können Mehl, Stärke, Getreide, Nudeln und verschiedene Malzsorten verwendet werden. Es ist besser, keine Vollkornprodukte zu verwenden, da der Vorgang lange dauern wird.
Wasser.
Enzyme. Zum Beispiel die gängigen „Amylosubtilin“ und „Glucavamorin“. Sie können mit unfermentiertem Weißmalz ergänzt werden. Das erste Enzym ist für den Abbau von Molekülen verantwortlich, das zweite für die Verarbeitung von Stärke zu Zucker. Das Ergebnis der Wirkung von Enzymen ist fast das gleiche wie beim Malzbrauen. Die Technologie ist kostengünstiger, daher werden den Rohstoffen bereits bei der Maischezubereitung Enzyme mit Wasser zugesetzt. Die Prozesse der Fermentation und Umwandlung von Stärke in Zucker laufen nahezu gleichzeitig ab.
Trocken- oder Presshefe.

Zusätzlich können ein Antibiotikum, ein Säuerungsmittel (Zitronensäure) und ein Antischaummittel (Sophexil) erforderlich sein. Ausrüstung, die Sie benötigen:

Gärbehälter;
Wasserdichtung;
ein Rührer und eine Aquarienheizung sind optional; ihre Wirkung kann durch die Schaffung von Umgebungsbedingungen für die Maische ersetzt werden;
Mondscheindestille zum Destillieren der fertigen Maische.

Auswahl der Zutaten und Proportionen

Gemäß dem Kochrezept müssen Sie die Mengenverhältnisse der Zutaten festlegen. Es gibt kein ideales Rezept, aber die beliebteste Variante für ein Kilogramm Rohstoffe ist diese:

3,5 Liter Wasser mit einer Temperatur von 38 Grad Celsius, vor allem nicht höher als dieser Indikator.
Enzyme: frisch – 3 Gramm „Amylosubtilin“ und „Glucquamorin“, alte sollten jeweils 4-5 Gramm eingenommen werden.
Trockenhefe – 20 Gramm oder Presshefe – 50 Gramm. Sie können Weinhefe verwenden.
„Doxycyclin“, Antibiotikum – eine Kapsel pro 20 Liter Maische.
Entschäumer (Sophexil) – 10 Milliliter pro 20 Liter.

Die Proportionen sind nicht endgültig und können von Brennern aufgrund persönlicher Erfahrungen ergänzt werden. Und für Berechnungen ist es wichtig zu wissen, dass Enzyme einen Parameter wie Aktivität haben. Sie wird in Einheiten pro Gramm Trockenmasse oder pro Milliliter flüssiger Lösung gemessen. Die Enzymaktivität muss in den Herstellerangaben angegeben werden. Jeder Hersteller hat seine eigenen Stämme und dementsprechend seine eigenen Indikatoren. Die Indikatoren sehen beispielsweise so aus:

„Amilosubtilin G3x“ – 1000 Einheiten pro 1 Gramm Pulver;
„Glucavamorin G3x“ – 1000 Einheiten pro 1 Gramm;
„Cellulox-A“ – 2000 Einheiten pro 1 Gramm;
„Protosubtilin G3x“ – 70 Einheiten pro 1 Gramm.

Die Anleitung stellt jedoch keine Handlungsanleitung dar und erklärt nicht, wie viel Produkt pro Kilogramm Weizen, Reis oder anderem Getreide eingesetzt werden sollte. Es gibt lediglich Empfehlungen für die Menge der zur Verarbeitung bereitstehenden Rohstoffe, also Stärke, Zellulose oder einfaches Protein. Daher müssen Sie vor der Verwendung des Produkts herausfinden, wie viel dieser einfachen Stoffe im Rohstoff enthalten sind.

Enzyme für Maische

Der Einsatz von Enzymen ist nicht so verbreitet, da viele Brennereien sie als unnatürliche Produkte betrachten. Dementsprechend wirkt das Getränk auch unnatürlich und hat einen Nachgeschmack. Die Frage des Geschmacks von Enzymen ist umstritten, da manche Arbeiter den Geschmack selbst bei einer einzigen Destillation überhaupt nicht wahrnehmen. Diese These kann nur experimentell überprüft werden.

Wenn Sie die Menge an Enzymen vermasseln, kann das Getränk noch korrigiert werden. Durch die Zugabe von mehr Zucker verzuckert die Maische zwar schneller, aber der Destillateur muss mehr Geld für die Verzuckerung ausgeben. Und wenn Sie weniger Enzym hinzufügen, verzuckert das Getränk einfach nicht oder der Prozess verlangsamt sich. Der Fermentationsprozess wird insbesondere durch das Fehlen des Enzyms „Glucquamorin“ verlangsamt, die Schaummenge nimmt ab und es ist kein Schaumbildung bei Getreide zu beobachten. Durch die Verwendung von Grünmalz kann der Enzymverbrauch halbiert werden.

Die Hauptauswahl an Rohstoffen erfolgt zwischen folgenden Produkten:

Mehl. Dabei handelt es sich um gemahlene Rohstoffe, die in jedem Lebensmittelgeschäft verkauft werden. Was die Verfügbarkeit betrifft, steht Mehl an erster Stelle. Der Rohstoff verzuckert schneller und ist nicht allzu schwer zu verarbeiten. Da Mehlkörner klein sind, können Enzyme leichter mit ihnen interagieren. Es gibt aber auch Nachteile, zum Beispiel die Tendenz des Mehls, zu schäumen und „wegzulaufen“. Und die Maische aus solchen Rohstoffen muss geklärt und dekantiert werden, was zu Alkoholverlusten führt. Getreide ist zwar günstiger, die Verzuckerung dauert aber aufgrund der großen Partikel länger. Manchmal dauert der Prozess 3-4 Wochen. Um die Gärung zu beschleunigen, können Sie einen Rührer verwenden, ohne jedoch den Behälter mit der Maische zu öffnen. Der Behälter selbst kann schräg auf dem Boden gerollt werden.
Malz ist ein Rohstoff, der aus gekeimtem Getreide gewonnen wird. Malz selbst verfügt über viele Enzyme, ihm werden aber auch Enzyme in Pulverform zugesetzt. Malz wirkt zudem als Geschmacksverstärker, da es sehr aromatisch ist. Es gibt grünes und weißes Malz. Aber auch in gemahlener Form wird diese Zutat der Maische zugesetzt.
Explodiertes Korn oder im Vakuumverfahren extrudiert. Dem Aussehen nach handelt es sich um poröse Körner mit einem geringen Anteil an Enzymen. Die Methode zur Gewinnung solcher Rohstoffe ist noch nicht populär.
Produkte mit Stärke. Dies sind am häufigsten Nudeln und Brot. Wenn die Brennerei an Orten arbeitet, an denen es viele solcher Produkte gibt, können diese als Rohstoffe verwendet werden. Für ernsthafte Brennereien eignen sich diese Zutaten jedoch eher für ein einmaliges Experiment.
Regelmäßige Körnung.

Die Verwendung bestimmter Körner mit unterschiedlichem Mahlgrad führt zu unterschiedlichen Ergebnissen. Der günstigste Rohstoff ist Weizen. Die Ausbeute an reinem Alkohol ist jedoch relativ gering. Aber das Getränk ist weich und angenehm im Geschmack. Roggen, das den herben Charakter eines Getränks hat, hat einen noch geringeren Alkoholgehalt, da das Getreide viel Schaum produziert und bei der Gärung „abläuft“.

Mais ist den Bedingungen am wenigsten launisch und liefert eine hohe Alkoholausbeute. Aber das Getränk hat einen bestimmten Geschmack. Gerste ist ein weiteres Getreide, das nicht jedermanns Lieblingssorte ist. Reis ist hinsichtlich der Alkoholausbeute das führende Getreide.

Für die weitere Zubereitung von Aufgüssen wird Reis verwendet. Der Geschmack ist sehr dezent, das Getränk ist aromatisch und leicht zu trinken. Manchmal wird auch Buchweizen als Rohstoff ausprobiert, aber bei einem großen Ertrag ist der Geschmack auch nicht jedermanns Sache.

Wenn es bei der Auswahl der Zutaten schwierig ist, sich zu entscheiden, können Sie auf Getreidemischungen zurückgreifen. Anwendungstipps sind:

Gerste und Roggen können den Geschmack anderer Getreidesorten übertönen. Daher sollten sie bei der Verwendung einer Mischung vorsichtig hinzugefügt werden, vorzugsweise bis zu 25 %, ohne sich speziell auf diese Kulturen zu konzentrieren.
Reis ist eine Kulturpflanze, die nicht in Mischungen verwendet werden kann, da ihr Geschmack verschwindet und der Getreidemondschein ohne besondere Eigenschaften ausfällt.
Aufgrund ihres spezifischen Geschmacks mögen nicht alle Verkoster Bourbonmischungen mit Mais- und Gerstenmalz.

Sie können auch mit unterschiedlichen Prozentsätzen in Getreidemischungen experimentieren. Das Ergebnis ist in einigen Fällen einzigartig und in anderen Fällen völlig geschmacklos. Sie können auch versuchen, den Mahlgrad zu kombinieren. Beachten Sie jedoch, dass die Zugabe von ganzen Körnern immer das Risiko mit sich bringt, den Fermentationsprozess zu verlängern.

Für die übrigen Zutaten sind die Auswahlkriterien einfach. Sie können sauberes Wasser mit gutem Geschmack nehmen; es ist nicht notwendig, die Zusammensetzung seiner Mikroelemente oder andere Eigenschaften zu überprüfen. Keine Fütterung erforderlich. Von den Entschäumern wird Sophexil als das wirksamste Mittel für diese Technik empfohlen. Sie sollten keine Angst haben, dass Antibiotika in den Mondschein gelangen: Normalerweise verbleibt das Medikament während der Destillation im Gerät und gelangt nicht in den „Körper“ des Getränks.

Methode zur Herstellung von Maische

Die Technologie der Kaltverzuckerung besteht aus den Hauptschritten, die unter Zugabe von Enzymen zur Getreidemaische führen:

In den Behälter werden Produkte sowie Wasser mit der gewünschten Temperatur sowie Enzyme und Hefe gegeben. Es ist zu berücksichtigen, dass Flüssigkeiten nicht zu mehr als 70 % des Volumens in den Behälter gefüllt werden können, da es zu aktiver Schaumbildung kommt und die Maische „austreten“ kann.
Der gezuckerte Rohstoff wird gemischt und mit einem Wasserverschluss verschlossen.
Die Flüssigkeit wird an einem dunklen Ort mit einer Temperatur von 24-28 Grad Celsius aufbewahrt.
Die Fermentation beginnt nach 2 Stunden, wird nach 3 Tagen aktiv und dauert bis zu 25 Tage. Es ist wichtig, die Bildung eines Films auf der Oberfläche der Maische zu verhindern, da dies ein Zeichen für Säuerung ist. Diese Art von Maische muss dringend destilliert werden.
Wenn das Getränk fertig ist, wird es aus dem Sediment entfernt und destilliert.

Die Zubereitung des Getränks auf diese Weise hat eine Reihe von Vor- und Nachteilen. Daher sollten Brennereien selbst entscheiden, sich von Gerüchten befreien und die Methode selbst testen. Das Getränk ist von guter Qualität und zum Verzehr geeignet.

Hefe benötigt Zucker, um Alkohol herzustellen. In Getreidekulturen kommt es in Form von Stärke vor – einem Polysaccharid, das aus Ketten von Glucose-, Fructose- und Saccharosemolekülen besteht. Hefe ernährt sich nur von Monosacchariden (einem Molekül), daher muss vor der Maischezugabe die Molekülkette der Stärke in einzelne Moleküle aufgeteilt werden, da sonst keine Gärung stattfindet.

Verzuckerung ist der Prozess der Spaltung stärkehaltiger Rohstoffe (Mehl, Getreide, Kartoffeln etc.) in Einfachzucker unter dem Einfluss natürlicher (aus Malz) oder künstlicher (synthetischer) Enzyme. Aufgrund der Temperatureigenschaften der Technologie wird die erste Methode als Heißverzuckerung bezeichnet, die zweite als Kaltverzuckerung.

Getreiderohstoffe sind in den meisten Fällen günstiger als reiner Zucker, so dass sich die Herstellung von Maische aus Getreide auch unter Berücksichtigung der geringeren Ausbeute lohnt und der Geschmack von Getreidedestillat deutlich angenehmer ist als der von Zuckerdestillat. Die theoretische Ausbeute an absolutem Alkohol aus verschiedenen Getreidearten ist in der Tabelle dargestellt.

Rohes Material	Alkohol, ml/kg
Weizen	430
Gerste	350
Roggen	360
Mais	450
Hafer	280
Erbsen	240
Hirse	380
Reis	530
Bohnen	390
Kartoffel	140
Stärke	710
Zucker	640

Aufmerksamkeit! Dabei handelt es sich um theoretische Werte, zu Hause sind Alkoholverluste von bis zu 15 % möglich.

Heiße Verzuckerung mit Malz

Eine klassische Methode, die seit Jahrhunderten angewendet wird. In einer feuchten Umgebung keimt das Getreide, wodurch die notwendigen Enzyme aktiviert werden, die Stärke verarbeiten können. Bis zu einem bestimmten Zustand gekeimtes Getreide wird Malz genannt und kommt in zwei Sorten vor: grün und weiß.

Grünmalz wird zur Verzuckerung von Rohstoffen unmittelbar nach dem Erscheinen der Sprossen optimaler Länge verwendet, jedoch bis zu 3 Tage gelagert. Wird das gekeimte Getreide getrocknet, entsteht weißes Malz, das deutlich länger gelagert werden kann. Beide Typen bewältigen ihre Aufgabe mit gleicher Effizienz.

Der Vorteil der Verzuckerung mit Malz besteht darin, dass die Zuckergewinnung nur wenige Stunden dauert und die Maische dadurch schneller arbeitet als bei der Zugabe künstlicher Enzyme.

Diese Methode hat jedoch eine Reihe von Nachteilen:

Sie benötigen eine hohe Temperatur, bei der die Rohstoffe brennen können.
Es ist erforderlich, mehrere Stunden lang eine stabile Temperatur (60-72°C) aufrechtzuerhalten, was zu Hause manchmal schwierig ist;
Gezuckerte Würze unterliegt einer schnellen Säuerung.

Malzverzuckerungstechnologie

1. Gießen Sie das Müsli oder Mehl langsam mit 50-55 °C warmem Wasser unter ständigem Rühren, damit sich keine Klumpen bilden. Für 1 kg Rohstoff werden 4-5 Liter Wasser benötigt. Füllen Sie den Behälter nicht mehr als 75 %.

2. Erhöhen Sie die Temperatur auf 60 °C und halten Sie sie 15 Minuten lang aufrecht.

3. Bringen Sie die Mischung zum Kochen. Je nach Rohstoff 60-120 Minuten kochen, bis eine homogene, breiige Masse entsteht. Mehl kocht weniger, Müsli braucht länger.

4. Den Brei auf 63–70 °C abkühlen lassen, zerstoßenes Malz (150 Gramm pro 1 kg Rohmaterial) unter ständigem Rühren hinzufügen.

5. Wenn die Temperatur 61–65 °C erreicht, decken Sie den Behälter mit einem Deckel ab und wickeln Sie ihn so ein, dass er warm bleibt. Halten Sie die angegebene Temperatur 2-4 Stunden lang aufrecht. Während der ersten 50 % des Zeitintervalls alle 30 Minuten umrühren.

6. Um zu verhindern, dass die Rohstoffe sauer werden, reduzieren Sie die Temperatur so schnell wie möglich auf 25 °C, geben Sie Hefe hinzu (normalerweise 5 Gramm Trockenhefe oder 25 Gramm Presshefe pro 1 kg Rohstoff), installieren Sie einen Wasserverschluss und Zur Gärung an einem dunklen Ort bei Raumtemperatur platzieren. Braga wird in 2-6 Tagen spielen.

Die Temperaturkontrolle ist die Grundlage des Prozesses

Bei Nichteinhaltung des Temperaturregimes findet keine oder nur eine unvollständige Verzuckerung statt; ein erneutes Erhitzen ist nutzlos, da die Enzyme an Aktivität verlieren. Bei den Anteilen von Wasser, Malz und Hefe handelt es sich um Richtwerte; genaue Werte und Garzeitintervalle hängen von der Rezeptur und der Art der Rohstoffe ab.

Kaltverzuckerung mit Enzymen

Malz kann durch zwei Enzyme ersetzt werden – Amylosubtilin und Glucavamorin. Der erste baut Moleküle teilweise ab, der zweite verarbeitet Stärke zu Zucker. Die Technologie der Kaltverzuckerung ist viel einfacher und kostengünstiger als die Malzbrauerei, und das Ergebnis ist ungefähr das gleiche. Bei der Maischebereitung werden den Rohstoffen einfach Enzyme und Wasser zugesetzt. Die Umwandlung von Stärke in Zucker und die Fermentation erfolgen nahezu gleichzeitig.

Vorteile der Enzymverzuckerung:

einfacher für Anfängerbrenner, die keine spezielle Ausrüstung haben;
erfordert keine hohen Temperaturen und Temperaturpausen;
weniger Arbeitsaufwand für die Maischezubereitung.

Mängel:

erfordert spezielle Enzyme;
die Gärzeit der Maische erhöht sich auf 10-20 Tage;
Es besteht die Meinung, dass Enzyme kein Naturprodukt sind und auch nach mehreren Destillationen einen Nachgeschmack hinterlassen. Daher ist es bei der Heimdestillation besser, bei der traditionellen Methode mit Malz zu bleiben.

Kaltverzuckerungstechnologie

1. Rohstoffe (Getreide, Mehl, Stärke, Nudeln usw.), Wasser 30-35°C (3-4 Liter pro 1 kg Rohstoffe), Enzyme Amylosubtilin und Glucavamorin (jeweils 3-5) zur Fermentation hinzufügen Behältergramm pro 1 kg), Hefe (5 Gramm Trockenhefe oder 25 Bäckerpresshefe pro 1 kg).

Der Behälter sollte nicht zu mehr als 70 % gefüllt sein, eine aktive Schaumbildung ist möglich.

2. Umrühren, mit einem Wasserverschluss verschließen und an einen dunklen Ort mit einer Temperatur von 20–28 °C stellen.

3. Die Gärung beginnt in 1-5 Stunden, die ersten paar Tage sind aktiv, dann nimmt die Intensität ab. Die Fermentationszeit beträgt 7-25 Tage. Wenn sich auf der Oberfläche ein dünner Film bildet, ist das ein Zeichen für Säuerung, die Maische muss dringend destilliert werden.

4. Die fertige Maische vom Sediment lösen und destillieren. Eine Aufhellung mit Bentonit ist wirkungslos.

Je nach Rezept können der Maische weitere Zutaten zugesetzt werden: Antibiotika zur Verhinderung von Säuerung, Hefezuführung zur Beschleunigung der Gärung, eine Säure, die den Säuregehalt der Würze stabilisiert, und ein Entschäumer. Die Anteile von Amylosubtilin und Glucavamorin hängen von der Aktivität der Enzyme ab und sind vom Hersteller auf der Verpackung angegeben.

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